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中Z元素等离子体开M壳层辐射不透明度的细致谱线模型研究

专 业: 原子与分子物理
关键词: 辐射不透明度 细致谱项模型 细致能级模型 原子能级 振子强度 平均原子模型
分类号: O56
形 态: 共 120 页 约 78,600 个字 约 3.76 M内容
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内容摘要


本文发展了细致谱项模型和细致能级模型,系统研究了中Z元素等离子体开M壳层辐射不透明度以及高温、稠密等离子体温度诊断,研究内容具体归纳如下:1、在细致谱项detailedtermaccounting,DTA模型中,使用MCHF方法计算原子的能级和跃迁振子强度,相对论效应通过Breit-Pauli修正考虑进来。

通过大规模多组态相互作用configurationinteraction,CI方法获得了精确的原子能级和束缚—束缚吸收截面。

考虑了谱线的Doppler展宽和电子碰撞展宽机制,谱线线型采用Voigt线型函数。

为了减少计算量,采用了细致组态模型计算原子的束缚—自由吸收截面。

使用Kramers公式计算自由—自由吸收,使用Thompson散射公式计算自由电子对光子的散射。

在局域热动平衡近似下,通过求解Saha方程得到等离子体的价态分布以及原子能级的占据数。

使用Stewart-Pyatt模型计算了等离子体环境下原子电离能下降ionizationpotentialdepression,IPD。

2、发展了细致能级模型detailedlevelaccounting,DLA,原子数据通过全相对论的Dirac-Fock方程得到,在对中Z元素开M壳层组态的计算中,考虑了单组态内部的组态相互作用,以避免CI矩阵过大而使计算无法进行。

发展了大规模并行计算程序,在消息传递接口messagepassinginterface,MPI并行环境下,对原子结构计算程序GRASP进行了并行化,并行效率与计算节点数成正比关系。

3、以NaF等离子体为例,对国内不透明度研究方面的主要理论模型首次系统地、详细地进行了比较和讨论。

对细致谱项模型、不可分辨跃迁系模型、细致组态模型以及平均原子模型计算的NaF等离子体在密度ρ=0.01g/cm3,温度分别为T=40eV和T=50eV条件下的谱分辨不透明度和Rosseland、Planck平均不透明度进行了细致的研究。

各个模型在谱的结构、谱线位置方面取得了很好的一致,说明在低Z元素原子能级、跃迁振子强度等方面的计算中,细致模型和统计模型都是比较成熟的。

在平均不透明度的比较中,发现在T=40eV时各种理论模型的结果相符比较好,但是在T=50eV时,各种模型对Planck平均不透明度的计算存在较大差异。

其中一个重要原因是,随着温度的升高,离子的束缚电子数目减少,相邻离子的谱线数目可能存在很大的差异,此时不透明度对等离子体价态分布非常敏感,在T=50eV时,各个模型对等离子体价态分布的计算出现了较大的差异,导致Planck平均不透明度有所不同。

4、在国内首次使用DTA模型研究了铁等离子体的辐射不透明度,揭示了多组态相互作用在不透明度计算中的效应。

通过对Winhart等人的铁不透明度实验结果G.Winhartetal.,Phys.Rev.E53,R13321996的研究,揭示了多组态相互作用在不透明度计算中的重要作用,通过与OPAL结果的比较,发现包含了多组态相互作用的MCHF方法对能级的计算好于HF方法,采用MCHF方法得到的跃迁振子强度使得理论透射谱更接近实验数据。

通过与Springer等人测量的铁等离子体在T=20eV,ρ=10-4g/cm3条件下的透射谱P.T.Springeretal.,J.Quant.Spectrosc.Radiat.Transf.58,9271997的比较,发现本文的结果与实验透射谱符合非常好,进一步验证了本文DTA模型的可靠性。

通过研究铁等离子体等温度系列的谱分辨以及平均不透明度,揭示了谱线宽度对Rosseland平均不透明度计算的作用。

5、使用DTA模型对杨家敏等人实验测量的铝等离子体透射谱JiaminYangetal.,Phys.Plasmas10,48812003进行了细致的研究,通过AlX和AlXI两价离子吸收谱线的强度之比确定了等离子体样品的温度,并且经过分析理论与实验存在的矛盾,认为样品中可能存在温度梯度,测量过程中样品的温度可能从65eV下降到了35eV左右。

通过对AlXI离子几条1s→3p谱线强度的分析,认为AlXI的能级占据数可能没有准确遵从玻耳兹曼分布。

6、使用DLA模型对溴等离子体实验谱进行了模拟研究,很好地重现了实验测得的细致结构。

对各价离子在2p→3d跃迁能量区域的谱线混合进行了分析,通过不同价态离子吸收谱线的强度之比对等离子体的温度进行了诊断,并讨论了密度对温度诊断的影响。

与Bailey等人采用统计模型SCO、AVERROES得到的结果作了对比,指出它们计算的溴离子2p1/2→3da/2跃迁振子强度可能偏大。

对溴开M壳层谱分辨不透明度和平均不透明度进行了研究,发现DLA模型和AA模型对于M壳层吸收谱线的计算是相符的,但是AA模型对2p→3d跃迁谱线位置的计算是不准确的,建议在AA模型中将等离子体价态分布考虑进来。

7、对铌等离子体实验透射谱T.S.Perryetal.,Phys.RevE54,56171996进行了初步的研究。

发现理论计算的2p→3d谱线的位置和强度与实验相差比较大。

通过与其他理论计算的比较,认为需要对铌原子的谱线位置进行精确的计算,以对实验测量的谱线进行标识,从而确定是哪一价离子对吸收谱线起到主要作用。

8、研究了铁等离子体XUV能量区域的温度诊断。

在XUV区域,不同价态离子的谱线强烈地混合在了一起,无法通过细致谱线的强度之比进行温度诊断。

因此在这一区域主要是通过对理论与实验结果在整体上符合程度的判断,确定等离子体的温度。

9、在局域热动平衡近似下使用DLA模型对Foord等人测得的铁等离子体价态分布M.E.Foordetal.,Phys.Rev.Lett.,93,0550022004进行了研究。

理论计算的铁等离子体价态分布与实验结果相符很好,但是对钠和氟价态分布的计算与实验结果相符不好。

理论计算的铁透射谱与实验相符很好,验证了实验测得的铁价态分布..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1国际上不透明度研究的历史与现状
1.2国内不透明度研究的概况
1.3本文的主要研究内容及方法
参考文献
第二章 辐射不透明度的理论方法
2.1局域热动平衡近似与辐射输运方程
2.2等离子体中基本的吸收过程以及辐射不透明度
2.3辐射不透明度的主要理论模型
2.4细致模型的理论方法
本章小结
参考文献
第三章 局域热动平衡下的电离平衡
3.1 Boltzmann激发公式和Saha方程
3.2混合物的Saha方程
3.3 Saha方程的求解
3.4等离子体环境下的电离能下降
3.5 CH混合物电离平衡的求解
本章小结
参考文献
第四章 原子的能级、跃迁以及谱线的展宽机制
4.1 MCHF方法
4.2相对论Dirac-Fock方法
4.3组态近似下光电离截面的计算
4.4等离子体环境下的谱线展宽机制
4.4.1光谱线的自然增宽
4.4.2光谱线的碰撞增宽和Stark增宽
4.4.3多普勒Doppler增宽
4.4.4 Voigt线型
4.5计算程序的并行化设计
4.5.1消息传递接口
4.5.2程序并行化
本章小结
参考文献
第五章 NaF等离子体L→M跃迁的辐射不透明度
5.1温度为50 eV,密度为0.01 g/cm3时NaF的辐射不透明度
5.2 NaF等密度系列不透明度
5.3不同理论模型之间的比较
本章小结
参考文献
第六章 铁开M壳层不透明度的研究
6.1组态的选择
6.2铁等离子体的束缚—束缚不透明度
6.3光电离截面的计算
6.4组态相互作用对不透明度的影响
6.5铁等离子体T=20 eV、ρ=10-4 g/cm3的透射谱研究
6.6铁等离子体等密度系列不透明度的研究
本章小结
参考文献
第七章 高温、稠密等离子体的温度诊断
7.1激光产生的铝等离子体温度诊断研究
7.2溴等离子体的开M壳层不透明度与温度诊断
7.3溴开M壳层不透明度DLA与AA模型的比较
7.4铌等离子体的温度诊断
7.5铁等离子体XUV能量区域的温度诊断
7.6铁等离子体价态分布的诊断
本章小结
参考文献
第八章 结论与展望
8.1本文工作总结
8.2今后不透明度研究工作的展望
结束语
参考文献

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中图分类: > O56 > 数理科学和化学 > 分子物理学、原子物理学

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